下水汚泥のガス化，燃料化等についての 必要エネルギー等に関する研究

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エンジニアリング
リポート １
下水汚泥のガス化，燃料化等についての
必要エネルギー等に関する研究
資源循環研究部 総括主任研究員
内田 賢治
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はじめに
計より代表値を設定する。
また，各型式別の違いについては，燃料消費量の算
定方法に実績原単位や計算値等メーカーによる算定レ
下水汚泥の処理は，地球環境保護の観点から従来の
ベルの違いがあるため，大まかな燃焼方式別に複数社
エネルギー消費型処理方法からの脱却が求められてお
のメーカーアンケートを集計し，比較のための原単位
り，消費エネルギー抑制を主眼に様々な技術が提案さ
を設定する。
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れている。
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また，国土交通省のLOTUS Project等や当機構と
民間との共同研究をはじめ，複数の技術が開発され，
2.2 アンケート条件の設定
汚泥乾燥施設，炭化施設，ガス化施設，焼却施設の
多様化，複雑化してきており，類似技術の共通事項や
エネルギー消費等を把握するための投入汚泥条件は平
特徴，必要エネルギー，N ２Oの発生状況等の違いが
成18年度の下水道統計より全国平均を求め，表−1の
明らかではない。
とおり設定した。
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本調査は，消化工程の有無と燃料化（中温炭化，低
温炭化，改質乾燥，造粒乾燥），ガス化，焼却の処理
表−1
設定条件
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方式を対象として，消費エネルギー，生成燃料の持つ
エネルギー，処理過程で発生するN ２O等について既
往の技術情報と大まかな燃焼方式別メーカーアンケー
トにより比較検討を行い，処理方式別エネルギー収支
等の概要を定量的に示すことを目的とした。
なお，今回は処理工程におけるエネルギー等に限定
した解析を行っており，燃料化生成物の運搬・環境対
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策等は考慮していない。
本研究は，大阪ガス（株）
，（財）下水道新技術推進
機構の２者による共同研究で行った。
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研究内容
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2.1 調査技術の概要
本調査は，①消化脱水＋燃料化，②直接脱水燃料化，
③直接ガス化，④焼却の各処理方式を対象とする。
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入力条件である脱水ケーキ量，性状等は，下水道統
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アンケートは，各処理工程の①汚泥生成率，②生成
汚泥の発熱量，③電力・燃料消費量，④N ２O排出係
数等の項目について調査した。
また，消化の有無による脱水ケーキ量の違いは，
図−１のように設定した。
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量474m3/日，濃縮汚泥固形物量16.6t/日相当となる。
さらに濃縮汚泥量から消化脱水の場合の汚泥量等を算
定すると図−３のとおりである。
ａ）汚泥量の算定（直接脱水）
脱水汚泥量：90ｔ/日×0.8（稼働率）＝72ｔ/日
脱水汚泥含水率：78%
脱水汚泥固形物：72ｔ/日×（１-0.78）=15.8ｔ-DS/日
脱水機回収率：95%
濃縮汚泥固形物量：15.8ｔ-DS/0.95=16.6ｔ/日
濃縮汚泥濃度：3.5%
濃縮汚泥量：16.6ｔ/日×100/3.5=474ｍ３/日
図−1
消化の有無による脱水ケーキ量の違い
2.3 アンケート対象技術
燃料化技術を処理プロセスの違いにより分類する
と，図−２に示すとおりである。
ｂ）汚泥量の算定（消化脱水）
VTS：80%，消化率：50%
消化汚泥固形物量：16.6ｔ/日×
（１-0.8×0.5 ）
＝10.0ｔ/日
消化ガス発生量＝濃縮汚泥固形物（ｔ/ｄ）×0.8
（有機分）
×0.55Nm３/kg-VTS×1000
＝16.6ｔ/日×0.8×0.55×1000＝7,304Nm３/日
加温用消化ガス利用量：５Nm３/ｍ３
加温消化ガス量：474ｍ３/日×５＝2,370Nm３/日
余剰消化ガス量：7,304-2,370=4,934ｍ３/日
脱水機回収率：95%
脱水汚泥固形物量：10.0ｔ/日×0.95＝9.5ｔ/日
脱水汚泥含水率：81%
脱水ケーキ量9.5ｔ/日／（１-0.81）＝50ｔ/日
（２）エネルギー収支
ａ）算定条件
①消化工程電力
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消化工程電力消費は，設計事例から，投入濃縮汚泥
図−２ 汚泥燃料化技術の分類
量１m3当たり5.3kWhとして算定した。
②余剰消化ガスエネルギー
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上記の各処理技術とガス化技術，焼却技術について，
アンケートを実施した。
設計指針から消化ガスの発熱量を22MJ/Nm ３とし
て算定した。
③脱水機消費動力
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調査結果
脱水機の消費電力は，「高効率型圧入式スクリュー
プレス脱水機技術マニュアル 2006年３月」の試算例
から設定した。
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3.1 消化工程の有無の比較
（１）対象汚泥量の算定
直接脱水：90t/日をベースに消化工程を含めた比較
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を示す。施設稼働率80％，脱水機回収率95％，濃縮汚
泥濃度3.5％とすると直接脱水90t/日施設は濃縮汚泥
脱水機消費電力：5.8ｋWh/t-wet（直脱）
20ｋWh/t-wet（消化脱水）
④乾燥，炭化，ガス化，焼却等消費エネルギー
直接脱水：施設規模90t/日のものとした。
消化脱水：施設規模62.5t/日とし，60t/日の数値を
能力按分して算定した。
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図−３ 消化の有無による汚泥量等の違い
3.2 消化工程の有無とエネルギー消費・生成量
消化，脱水，資源化等の工程を含めたエネルギー消
費量と生成量を図−4に示す。
（１）エネルギー消費量
処理工程で消費する重油を39.1MJ/L，電力を
3.6MJ/kWhでエネルギー消費量に換算した。
直接脱水の場合，燃料消費の多い造粒乾燥，改質乾
燥，低温炭化，中温炭化の順でエネルギー消費が多く，
焼却，ガス化は少ない。
消化脱水の場合，造粒乾燥，低温炭化，改質乾燥の
順でエネルギー消費が多い。焼却，ガス化では，直接
脱水と消化脱水で消化脱水のエネルギー消費量は直接
脱水よりも多くなる。
（２）発生製品エネルギー生成量
製品のもつ発熱量と生成量から発生製品のエネルギ
ー生成量を求める。汚泥の一部がガス化される低温・
中温炭化より，造粒・改質乾燥の製品発生量が大きい
ことから，生成される製品量の多い造粒乾燥の熱量が
最も多い。
（３）エネルギー収支
生成製品を燃料代替として利用することを考慮し，
「エネルギー消費−製品発熱量」として算定したエネ
ルギー収支を図−5に示す。
消費エネルギーに製品の利用による削減効果を考慮
すると，生成製品熱量の多い造粒乾燥，改質乾燥では，
エネルギー消費がマイナスとなっている。また，消化
工程で発生する余剰消化ガスのエネルギーを考慮する
図−4
消化工程の有無とエネルギー消費・生成量
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図−5
製品利用を考慮したエネルギー収支
と低温炭化，造粒乾燥，改質乾燥でエネルギー収支が
マイナスとなった。
3.3 温室効果ガス排出量
消化，脱水，資源化等の工程から発生する温室効果
ガス排出量および製品利用による削減効果を図−６に
示す。
（１）処理工程での排出量
処理工程での燃料消費，電力消費に伴い排出される
温室効果ガスと処理プロセスから発生するN ２Oによ
る温室効果ガス排出量を算定した。
焼却のN ２O排出係数は，排出量の少ない高温焼却
対応として算定しているが，他の方式に比べN ２Oの
占める割合が大きく，他の方式よりも温室効果ガス排
図−６ CO２排出量と製品利用による削減効果
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出量が多くなっている。
（２）製品の燃料代替利用による削減効果
製品の石炭代替利用による温室効果ガス削減効果に
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ついては，脱水ケーキ当たりの製品量の多い造粒乾燥
の削減効果が最も大きい。
（３）温室効果ガス排出量
製品利用を考慮した温室効果ガス排出量を図−７に
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図−７ 製品利用を考慮した温室効果ガス排出量
示す。
消化−脱水−資源化工程の温室効果ガス排出量に製
品の利用による削減効果を考慮すると，生成される製
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まとめ
品熱量の多い造粒乾燥，改質乾燥では，温室効果ガス
排出量がマイナスとなっており，造粒乾燥，改質乾燥
本研究では，エネルギー等に限定した解析を行った。
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では，消化の有無による差は大きくない。また，乾燥
乾燥・炭化に関しては，燃料化後の運搬方法およびそ
よりも製品熱量の少ない低温炭化では直接脱水で温室
の際の環境対策も考慮した評価をしなければ，焼却や
効果ガス排出量はプラスとなるが，消化脱水の場合，
ガス化と同等の評価とはいえないが，処理工程として
余剰消化ガスによる燃料削減を考慮すると温室効果ガ
は，乾燥・炭化のエネルギー消費量，CO２排出量が少
ス排出量はマイナスとなった。
なかった。